JP6822205B2 - 制御装置およびこれを用いた電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、制御装置およびこれを用いた電動パワーステアリング装置に関する。

従来、特許文献１に記載されているように、駆動回路に昇圧電源が接続されている電動パワーステアリング装置が知られている。

特開２０１３−１６３５１５号公報

特許文献１の構成では、ハイサイド側のスイッチング素子を駆動するのに、昇圧電源が用いられている。ローサイド側のスイッチング素子を駆動するのに、電源の電圧が用いられている。
ところで、近年、電動パワーステアリング装置では低電圧駆動が要求されている。低電圧駆動する場合、特許文献１の構成では、ローサイド側のゲートソース間の電圧が確保されず、スイッチング素子がハーフオン状態となる。このため、スイッチング素子がオン状態のときの抵抗値であるオン抵抗が急激に大きくなる。オン抵抗が大きくなるとき、電力損失が大きくなる。このため、電力損失による発熱によってスイッチング素子の温度が上昇し、スイッチング素子が焼損等の故障する虞もある。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、電源電圧が低下したときにおいても、スイッチング素子の故障を回避できる制御装置および電動パワーステアリング装置を提供することにある。

本発明の制御装置は、電力により回転するモータ（８０）を制御する。
制御装置は、インバータ（１１）、第１駆動部（５１）、第１昇圧部（６１、１６１）、第２駆動部（５２）、第２昇圧部（６２、１６２）および電源電圧検出部（１０）を備える。
インバータは、複数の高電位スイッチング素子（１１１、１１２、１１３）および複数の低電位スイッチング素子（１１４、１１５、１１６）を有し、電源からの電力を前記モータに供給する。
高電位スイッチング素子は、高電位ライン（Ｌｈ）に接続される。
低電位スイッチング素子は、低電位ライン（Ｌｌ）に接続される。

第１駆動部は、高電位スイッチング素子の作動を制御可能である。
第１昇圧部は、第１駆動部に接続されており、電源の電圧（Ｖｂ）を昇圧し、昇圧した電圧（Ｖｂ＿Ｂ１）を第１駆動部に出力する。
第２駆動部は、低電位スイッチング素子の作動を制御可能である。
第２昇圧部は、第２駆動部に接続されており、電源の電圧（Ｖｂ）を昇圧し、昇圧した電圧（Ｖｂ＿Ｂ２）を第２駆動部に出力する。電源電圧検出部は、電源の電圧を検出可能である。第１昇圧部は、電源の電圧によらず昇圧する。第２昇圧部は、電源の電圧が電源電圧閾値（Ｖｂ＿ｔｈ）以上のとき、昇圧を行わず、電源の電圧が電源電圧閾値よりも小さいとき、電源の電圧を昇圧する。

第２昇圧部が昇圧した電圧が第２駆動部に供給されるため、電源電圧Ｖｂが低電圧になっても、低電位スイッチング素子がハーフオン状態になることはない。このため、オン抵抗が急激に大きくなることを防ぎ、電力損失が小さくなる。これにより、スイッチング素子が焼損等の故障を回避できる。

また、本発明は、運転者による操舵を補助する補助トルクを出力するモータ（８０）および上記制御装置（１）を用いた電動パワーステアリング装置として提供される。
本発明の電動パワーステアリング装置は、上記制御装置と同様の効果を奏する。

本発明の一実施形態によるステアリングシステムを示す概略構成図。 本発明の一実施形態によるモータ制御装置を示す回路図。 本発明の一実施形態によるモータ制御装置の制御部を示すブロック図。 本発明の一実施形態によるモータ制御装置の第１昇圧部を説明するための回路図。 本発明の一実施形態によるモータ制御装置の第２昇圧部を説明するための回路図。 本発明の一実施形態によるモータ制御装置の処理を説明するためのフローチャート。 その他の実施形態によるモータ制御装置の第１昇圧部を説明するための回路図。 その他の実施形態によるモータ制御装置の第２昇圧部を説明するための回路図。

以下、本発明の実施形態による制御装置およびこれを用いた電動パワーステアリング装置を図面に基づいて説明する。以下複数の実施形態において、実質的に同一の構成には、同一の符号を付して説明を省略する。本実施形態という場合、複数の実施形態を包括する。
まず、本実施形態の制御装置としてのモータ制御装置１が用いられる電動パワーステアリング装置を図面に基づいて説明する。

図１に示すように、電動パワーステアリング装置８は、ステアリングシステム９０に用いられる。
ステアリングシステム９０は、車両に搭載され、ステアリングホイール９１、ステアリングシャフト９２、トルクセンサ９４、ピニオンギア９６、ラック軸９７、車輪９８および電動パワーステアリング装置８を備える。

ステアリングホイール９１は、操舵部材であり、ステアリングシャフト９２に接続されている。ステアリングホイール９１を運転者が操作することによって入力されるトルクを操舵トルクとする。
ステアリングシャフト９２は、ピニオンギア９６が先端に設けられている。

トルクセンサ９４は、操舵トルクを検出可能である。検出した操舵トルクは、モータ制御装置１の制御部３０に出力される。
ピニオンギア９６は、ラック軸９７に噛み合っている。
ラック軸９７は、ダイロッド等を介して一対の車輪９８がラック軸９７の両端に連結されている。

電動パワーステアリング装置８は、減速ギア８９、回転電機としてのモータ８０、回転角センサ８４およびモータ制御装置１を備える。
本実施形態の電動パワーステアリング装置８は、所謂「コラムアシストタイプ」である。また、電動パワーステアリング装置８は、モータ８０の回転をラック軸９７に伝える所謂「ラックアシストタイプ」としてもよい。

減速ギア８９は、モータ８０の回転を減速してステアリングシャフト９２に伝える。
運転者によるステアリングホイール９１の操舵を補助するトルクを補助トルクとする。
モータ８０は、補助トルクを出力する。「電源」としてのバッテリ５から電力がモータ８０に供給され、モータ８０が駆動する。モータ８０により、減速ギア８９が正逆回転する。
回転角センサ８４は、例えば、レゾルバであり、モータ８０の電気角θを検出可能である。検出された電気角θは、制御部３０に出力される。
また、回転角センサ８４は、電気角θに基づいて、モータ８０の回転角速度ωを演算可能である。

（一実施形態）
図２に示すように、モータ８０は、３相の交流モータであり、ブラシレスモータである。
モータ８０は、巻線組８１を有する。
巻線組８１は、Ｕ相コイル８１１、Ｖ相コイル８１２およびＷ相コイル８１３を有する。コイル８１１、８１２、８１３は、一端がインバータ１１と接続され、他端が結線されている。

モータ制御装置１は、電源端子１２およびイグニッション端子１３をそれぞれ介してバッテリ５に接続されている。
電源端子１２は、バッテリ５の高電位側に接続されている。
イグニッション端子１３は、イグニッションスイッチ１４を経由して、バッテリ５の高電位側に接続されている。

モータ制御装置１は、電源電圧検出部１０、インバータ１１、モータ電流検出部１５、基板１７およびヒートシンク１８を備える。
さらに、モータ制御装置１は、制御部３０、第１駆動部５１、第２駆動部５２、第１昇圧部６１、第２昇圧部６２、ゲート電圧検出部６３、第１駆動電流検出部６４、第２駆動電流検出部６５および異常判定部６６を備える。

電源電圧検出部１０は、バッテリ５に接続されており、電源電圧Ｖｂを検出可能である。
電源電圧検出部１０は、第１昇圧部６１および第２昇圧部６２に検出した電源電圧Ｖｂを出力する。

インバータ１１は、巻線組８１に対応して設けられており、３相インバータである。
インバータ１１は、バッテリ５から電源端子１２を経由して伸びるＰＩＧ電源ラインＬｐｉｇに接続されている。
インバータ１１は、複数の高電位スイッチング素子１１１−１１３および複数の低電位スイッチング素子１１４−１１６を有する。

高電位スイッチング素子１１１−１１３は、高電位ラインＬｈに接続されている。
低電位スイッチング素子１１４−１１６は、低電位ラインＬｌに接続されている。
スイッチング素子１１１−１１６は、ＭＯＳＦＥＴである。なお、スイッチング素子１１１−１１６は、ＩＧＢＴであってもよい。

対になるＵ相のスイッチング素子１１１、１１４の接続点は、第１Ｕ相コイル８１１に接続されている。
対になるＶ相のスイッチング素子１１２、１１５の接続点は、第１Ｖ相コイル８１２に接続されている。
対になるＷ相のスイッチング素子１１３、１１６の接続点は、第１Ｗ相コイル８１３に接続されている。

モータ電流検出部１５は、モータ電流検出素子１５１−１５３を有する。
モータ電流検出素子１５１−１５３は、例えば、シャント抵抗またはホール素子である。
モータ電流検出素子１５１は、低電位スイッチング素子１１４とグランドラインＬｇ１との間に設けられ、Ｕ相コイル８１１に流れるＵ相電流Ｉｕを検出する。
モータ電流検出素子１５２は、低電位スイッチング素子１１５とグランドラインＬｇ１との間に設けられ、Ｖ相コイル８１２に流れるＶ相電流Ｉｖを検出する。
モータ電流検出素子１５３は、低電位スイッチング素子１１６とグランドラインＬｇ１との間に設けられ、Ｗ相コイル８１３に流れるＷ相電流Ｉｗを検出する。
基板１７は、モータ制御装置１の各部位を実装している。
ヒートシンク１８は、放熱板であるフィンを複数有し、スイッチング素子１１１−１１６、１２１−１２６の熱を放熱可能である。

制御部３０は、マイコン等を主体として構成されている。制御部３０における各処理は、ＲＯＭ等の実体的なメモリ装置に予め記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することによるソフトウェア処理であってもよいし、専用の電子回路によるハードウェア処理であってもよい。
制御部３０は、イグニッションラインＬｉｇに接続されている。
制御部３０は、操舵トルク、電気角θ、相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに基づく電流フィードバック制御により、モータ８０を制御する。

図３に示すように、制御部３０は、３相２相変換部３１、温度検出部３７、温度推定部３８、モータ電流制限部３９、減算器３２、３３、制御器３４、２相３相変換部３５、ＰＷＭ変換部３６を有する。
３相２相変換部３１は、電気角θに基づき、相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗをｄｑ変換する。
また、３相２相変換部３１は、ｄ軸電流検出値Ｉｄおよびｑ軸電流検出値Ｉｑを演算する。

温度検出部３７は、例えば、温度に応じて電気抵抗が変化するセラミック半導体であるサーミスタが用いられる。基板１７の温度を基板温度Ｔｂとする。基板温度Ｔｂは、基板１７の周辺の雰囲気温度も含むものとする。ヒートシンク１８の温度をヒートシンク温度Ｔｈとする。モータ制御装置１の外部の雰囲気温度を外気温度Ｔａとする。
また、温度検出部３７は、基板温度Ｔｂ、ヒートシンク温度Ｔｈまたは外気温度Ｔａを検出可能である。温度検出部３５が検出した温度を検出温度Ｔｄとする。
温度検出部３７は、温度推定部３８に検出温度Ｔｄを出力する。

温度推定部３８は、ｄｑ軸電流検出値Ｉｄ、Ｉｑおよび検出温度Ｔｄに基づいて、素子温度Ｔｓを推定する。
温度推定部３８は、ｄｑ軸電流検出値Ｉｄ、Ｉｑから高電位スイッチング素子１１１−１１３および低電位スイッチング素子１１４−１１６の温度変化量を演算する。
温度推定部３８は、高電位スイッチング素子１１１−１１３および低電位スイッチング素子１１４−１１６の温度変化量に検出温度Ｔｄを加算して、素子温度Ｔｓを推定する。

モータ電流制限部３９は、素子温度Ｔｓに基づいて、ｄｑ軸電流指令値Ｉｄ^*、Ｉｑ^*を制限する。ｄ軸電流検出値Ｉｄの制限値をｄ軸制限電流Ｉｄ＿ｌｉｍとする。ｑ軸電流検出値Ｉｑの制限値をｑ軸制限電流Ｉｑ＿ｌｉｍとする。ｄｑ軸制限電流Ｉｄ＿ｌｉｍ、Ｉｑ＿ｌｉｍは、素子温度Ｔｓが増加するに伴い、線形に減少するように設定されている。

制限される前の電流指令値を制限前ｄｑ軸電流指令値Ｉｄ^*＿ｂ、Ｉｑ^*＿ｂとする。
モータ電流制限部３９は、制限前ｄ軸電流指令値Ｉｄ^*＿ｂがｄ軸制限電流Ｉｄ＿ｌｉｍより大きい場合、ｄ軸電流指令値Ｉｄ^*をｄ軸制限電流Ｉｄ＿ｌｉｍとする。
モータ電流制限部３９は、制限前ｑ軸電流指令値Ｉｑ^*＿ｂがｑ軸制限電流Ｉｑ＿ｌｉｍより大きい場合、ｑ軸電流指令値Ｉｑ^*をｑ軸制限電流Ｉｑ＿ｌｉｍとする。

減算器３２は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ^*とｄ軸電流検出値Ｉｄとの偏差ΔＩｄを演算する。
減算器３３は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ^*とｑ軸電流検出値Ｉｑとの偏差ΔＩｑを演算する。

制御器３４は、偏差ΔＩｄ、ΔＩｑが０に収束するように、ＰＩ演算等により、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ^*およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ^*を演算する。
２相３相変換部３５はｄ軸電圧指令値Ｖｄ^*およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ^*を電気角θに基づいて逆ｄｑ変換する。
また、２相３相変換部３５は、３相の電圧指令値Ｖｕ^*、Ｖｖ^*、Ｖｗ^*を演算する。

ＰＷＭ変換部３６は、３相の電圧指令値Ｖｕ^*、Ｖｖ^*、Ｖｗ^*に基づき、高電位スイッチング素子１１１−１１３に印加する電圧を演算して、第１駆動信号ＵＵ、ＶＵ、ＷＵを生成する。
ＰＷＭ変換部３６は、第１駆動信号ＵＵ、ＶＵ、ＷＵを第１駆動部５１に出力する。
また、ＰＷＭ変換部３６は、３相の電圧指令値Ｖｕ^*、Ｖｖ^*、Ｖｗ^*に基づき、低電位スイッチング素子１１４−１１６に印加する電圧を演算して、第２駆動信号ＵＬ、ＶＬ、ＷＬを生成する。
ＰＷＭ変換部３６は、第２駆動信号ＵＬ、ＶＬ、ＷＬを第２駆動部５２に出力する。
第１駆動信号ＵＵ、ＶＵ、ＷＵおよび第２駆動信号ＵＬ、ＶＬ、ＷＬに基づき、インバータ１１がオンオフ制御される。

第１駆動部５１は、第１駆動信号ＵＵ、ＶＵ、ＷＵに基づき、高電位スイッチング素子１１１−１１３の作動を制御可能である。
第２駆動部５２は、第２駆動信号ＵＬ、ＶＬ、ＷＬに基づき、低電位スイッチング素子１１４−１１６の作動を制御可能である。

第１昇圧部６１および第２昇圧部６２は、基板１７上で一体となって設けられている。第１昇圧部６１および第２昇圧部６２は、マイコン等が内蔵されてもよい。
第１昇圧部６１は、バッテリ５と第１駆動部５１とに接続されており、電源電圧Ｖｂを昇圧する。第１昇圧部６１が昇圧した電圧を第１昇圧電圧Ｖｂ＿Ｂ１とする。
第１昇圧部６１は、第１昇圧電圧Ｖｂ＿Ｂ１を第１駆動部５１に出力する。
図４に示すように、第１昇圧部６１は、ダイオード６１１、６１２、コンデンサ６１３、６１４およびスイッチング素子６１５、６１６を有する。
コンデンサ６１４は、コンデンサ６１３よりも出力側に設けられている。

コンデンサ６１３に係る電圧をＶｃとする。例えば、スイッチング素子６１５がオフ、スイッチング素子６１６がオンのとき、電源電圧Ｖｂによって、Ｖｃがコンデンサ６１３に充電される。Ｖｃは、以下関係式（１）のように表される。Ｖｆは、ダイオード６１１、６１２の各順方向に係る電圧である。
Ｖｃ＝Ｖｂ−Ｖｆ ・・・（１）

コンデンサ６１３に充電後、スイッチング素子６１５がオン、スイッチング素子６１６がオフのとき、第１昇圧電圧Ｖｂ＿Ｂ１は、以下関係式（２）のように表される。
Ｖｂ＿Ｂ１＝Ｖｂ＋Ｖｃ−Ｖｆ
＝２Ｖｂ−２Ｖｆ ・・・（２）

第１昇圧電圧Ｖｂ＿Ｂ１は、高電位スイッチング素子１１１−１１３のゲートに電荷をチャージするために、使用される。高電位スイッチング素子１１１−１１３がオンするために必要なゲート電荷量をＱｇ１とする。コンデンサ４１４の電荷量をＱ１とする。
Ｑｇ１とＱ１とは、以下関係式（３）を満たすように、設定されている。ｎは、高電位スイッチング素子１１１−１１３の数である。本実施形態では、ｎ＝３である。また、コンデンサ６１３は、コンデンサ６１４に電荷を充電できるように設定されている。
Ｑｇ１×ｎ＜Ｑ１ ・・・（３）

第２昇圧部６２は、バッテリ５と第２駆動部５２とに接続されており、電源電圧Ｖｂを昇圧する。また、第２昇圧部６２は、電源電圧Ｖｂが電源電圧閾値Ｖｂ＿ｔｈよりも小さいとき、電源電圧Ｖｂを昇圧するように、設定されている。電源電圧閾値Ｖｂ＿ｔｈは、予め設定されており、実験やシミュレーション等を用いて、設定されている。第２昇圧部６２が昇圧した電圧を第２昇圧電圧Ｖｂ＿Ｂ２とする。
また、第１昇圧電圧Ｖｂ＿Ｂ１は、第２昇圧電圧Ｖｂ＿Ｂ２よりも大きい、すなわち、関係式（４）の関係となるように、設定されている。
Ｖｂ＿Ｂ１＞Ｖｂ＿Ｂ２ ・・・（４）

第２昇圧部６２は、第２昇圧電圧Ｖｂ＿Ｂ２を第２駆動部５２に出力する。
図５に示すように、第２昇圧部６２は、ダイオード６２１、６２２、コンデンサ６２３、６２４およびスイッチング素子６２５、６２６を有する。
第２昇圧部６２は、第１昇圧部６１と同様に、電源電圧Ｖｂを昇圧する。

第２昇圧電圧Ｖｂ＿Ｂ２は、低電位スイッチング素子１１４−１１６のゲートに電荷をチャージするために、使用される。低電位スイッチング素子１１４−１１６がオンするために必要なゲート電荷量をＱｇ２とする。コンデンサ６２４の電荷量をＱ２とする。
Ｑｇ２とＱ２とは、以下関係式（５）を満たすように、設定されている。ｍは、低電位スイッチング素子１１４−１１６の数である。本実施形態では、ｍ＝３である。また、コンデンサ６２３は、コンデンサ６２４に電荷を充電できるように設定されている。
Ｑｇ２×ｍ＜Ｑ２ ・・・（５）

第２駆動部５２と低電位スイッチング素子１１４−１１６とに間に印加される電圧をゲート電圧Ｖｇとする。
ゲート電圧検出部６３は、ゲート電圧Ｖｇを検出可能である。
また、ゲート電圧検出部６３は、検出したゲート電圧Ｖｇを第２駆動部５２に出力する。
第２駆動部５２は、ゲート電圧Ｖｇに基づいて、ゲート電圧Ｖｇが所定の値となるように、フィードバック制御を行う。

ゲート電圧Ｖｇには、ゲート電圧下限値Ｖｇ＿ｍｉｎおよびゲート電圧上限値Ｖｇ＿ｍａｘが設定されている。ゲート電圧下限値Ｖｇ＿ｍｉｎおよびゲート電圧上限値Ｖｇ＿ｍａｘは、予め設定されており、実験やシミュレーション等を用いて、設定されている。
第２駆動部５２は、ゲート電圧下限値Ｖｇ＿ｍｉｎよりゲート電圧Ｖｇが小さいとき、ゲート電圧Ｖｇを大きくする。
また、第２駆動部５２は、ゲート電圧上限値Ｖｇ＿ｍａｘよりゲート電圧Ｖｇが大きいとき、ゲート電圧Ｖｇを小さくする。

第１駆動部５１に流れる電流を第１駆動部電流Ｉｓ１とする。
第１駆動電流検出部６４は、第１駆動部５１に設けられ、第１駆動部電流Ｉｓ１を検出可能である。
第１駆動電流検出部６４は、例えば、シャント抵抗またはホール素子である。
第１駆動電流検出部６４は、検出した第１駆動部電流Ｉｓ１を異常判定部６６に出力する。

第２駆動部５２に流れる電流を第２駆動部電流Ｉｓ２とする。
第２駆動電流検出部６５は、第２駆動部５２に設けられ、第２駆動部電流Ｉｓ２を検出可能である。
第２駆動電流検出部６５は、例えば、シャント抵抗またはホール素子である。
第２駆動電流検出部６５は、検出した第２駆動部電流Ｉｓ２を異常判定部６６に出力する。

異常判定部６６は、第１駆動部電流Ｉｓ１が所定の閾値Ｉｓ１＿ｔｈ以上であるとき、第１駆動部５１を異常と判定する。
第１駆動部５１が異常であると異常判定部６６が判定したとき、第１駆動部５１は、高電位スイッチング素子１１１−１１３の制御を停止する。

また、異常判定部６６は、第２駆動部電流Ｉｓ２が所定の閾値Ｉｓ２＿ｔｈ異常であるとき、第２駆動部５２を異常と判定する。
第２駆動部５２が異常であると異常判定部６６が判定したとき、第２駆動部５２は、低電位スイッチング素子１１４−１１６の制御を停止する。なお、所定の閾値Ｉｓ１＿ｔｈ、Ｉｓ２＿ｔｈは、予め設定されており、実験やシミュレーション等を用いて、設定されている。

モータ制御装置１の処理について、図６のフローチャートを参照して説明する。図のフローチャートにおいて、記号「Ｓ」は、ステップを意味する。
ステップ１０１において、第２昇圧部６２は、電源電圧Ｖｂが電源電圧閾値Ｖｂ＿ｔｈよりも小さいか否かを判定する。
電源電圧Ｖｂが電源電圧閾値Ｖｂ＿ｔｈよりも小さいとき、処理は、ステップ１０２に移行する。
電源電圧Ｖｂが電源電圧閾値Ｖｂ＿ｔｈ以上であるとき、処理は、終了する。

ステップ１０２において、第２昇圧部６２は、電源電圧Ｖｂを昇圧する。
ステップ１０３において、第２駆動部５２は、ゲート電圧Ｖｇがゲート電圧下限値Ｖｇ＿ｍｉｎより小さいか否かを判定する。
ゲート電圧Ｖｇがゲート電圧下限値Ｖｇ＿ｍｉｎより小さいとき、処理は、ステップ１０４に移行する。
ゲート電圧Ｖｇがゲート電圧下限値Ｖｇ＿ｍｉｎ以上であるとき、処理は、ステップ１０５に移行する。

ステップ１０４において、第２駆動部５２は、ゲート電圧Ｖｇを大きくし、処理は、終了する。
ステップ１０５において、第２駆動部５２は、ゲート電圧Ｖｇがゲート電圧上限値Ｖｇ＿ｍａｘより大きいか否かを判定する。
ゲート電圧Ｖｇがゲート電圧上限値Ｖｇ＿ｍａｘより大きいとき、処理は、ステップ１０６に移行する。
ゲート電圧Ｖｇがゲート電圧上限値Ｖｇ＿ｍａｘ以下であるとき、処理は、ステップ１０７に移行する。

ステップ１０６において、第２駆動部５２は、ゲート電圧Ｖｇを小さくし、処理は終了する。
ステップ１０７において、異常判定部６６は、第１駆動部５１または第２駆動部５２が異常であるか否かを判定する。
第１駆動部５１または第２駆動部５２が異常であると異常判定部６６が判定したとき、処理は、ステップ１０８に移行する。
第１駆動部５１および第２駆動部５２が正常であると異常判定部６６が判定したとき、処理は、終了する。

ステップ１０８において、第１駆動部５１が異常であると異常判定部６６が判定したとき、第１駆動部５１は、高電位スイッチング素子１１１−１１３の制御を停止し、処理は、終了する。
また、ステップ１０８において、第２駆動部５２が異常であると異常判定部６６が判定したとき、第２駆動部５２は、低電位スイッチング素子１１４−１１６の制御を停止し、処理は、終了する。

従来、特許文献１に記載されているように、駆動回路に昇圧電源が接続されている電動パワーステアリング装置が知られている。近年、電動パワーステアリング装置では低電圧駆動が要求されている。低電圧駆動する場合、ローサイド側のゲートソース間の電圧が確保されず、スイッチング素子がハーフオン状態となる。このとき、スイッチング素子がオン状態のときの抵抗値であるオン抵抗が急激に大きくなる。オン抵抗が大きくなるとき、電力損失が大きくなる。このため、電力損失による発熱によってスイッチング素子の温度が上昇し、スイッチング素子が焼損等の故障する虞もある。
そこで、本実施形態のモータ制御装置は、電源電圧が低下したときにおいても、スイッチング素子の故障を回避できる。

（効果）
［１］第２昇圧部６２が第２駆動部５２に接続されており、第２昇圧電圧Ｖｂ＿Ｂ２が第２駆動部５２に供給されるため、電源電圧Ｖｂが低電圧になっても、低電位スイッチング素子１１４−１１６がハーフオン状態になることはない。このため、オン抵抗が急激に大きくなることを防ぎ、電力損失が小さくなる。これにより、スイッチング素子が焼損等の故障を回避できる。

［２］第２昇圧部６２は、電源電圧Ｖｂが電源電圧閾値Ｖｂ＿ｔｈよりも小さいとき、電源電圧Ｖｂを昇圧する。これにより、必要な電圧に適合して、第２昇圧部６２を設計できある。単に制御装置への入力電圧の低下防止を目的として、インバータに合わせて昇圧部を設計する場合と比較して、第２昇圧部６２を小型化できる。
［３］第２駆動部５２は、ゲート電圧Ｖｇに基づいて、フィードバック制御を行う。これにより、第２駆動部５２は、低電位スイッチング素子１１４−１１６の制御性が向上する。

［４］第２駆動部５２は、第２駆動部電流Ｉｓ２が所定の閾値Ｉｓ２＿ｔｈ以上のとき、異常判定部６６が第２駆動部５２を異常と判定し、低電位スイッチング素子１１４−１１６の制御を停止する。これにより、低電位スイッチング素子１１４−１１６への過電流を防止し、低電位スイッチング素子１１４−１１６が破損することを防止する。

（その他の実施形態）
（ｉ）モータは、３相の交流モータに限らず、４相以上の多相の交流モータであってもよい。また、モータは、３組以上であってもよい。系統の数が３つ以上の複数の系統であってもよい。さらに、モータは、発電機であってもよいし、電動機と発電機の機能を併せ持つモータジェネレータであってもよい。
（ｉｉ）本実施形態では、モータとモータ制御装置とは一体に設けられている。モータとモータ制御装置とは別々に設けられてもよい。
（ｉｉｉ）昇圧部は、スイッチングコンバータ方式に限られず、リニア方式等の他の方式によって昇圧を行うものであってもよい。

（ｉｖ）バッテリとインバータとの間にコンデンサ、電源リレー、逆接保護リレーまたはチョークコイルを設けてもよい。
コンデンサは、バッテリと並列に接続され、バッテリからのノーマルモードノイズを抑制する機能およびバッテリからの電圧の変動を平滑化する機能を有する。
電源リレーは、巻線組に対応して設けられ、バッテリとインバータとの間に設けられており、高電位ラインに接続される。電源リレーは、ＭＯＳＦＥＴである。なお、電源リレーは、ＩＧＢＴまたはメカニカルリレーであってもよい。
電源リレーは、バッテリからインバータへの電流を導通または遮断する。

逆接保護リレーは、インバータと電源リレーとの間に設けられている。
逆接保護リレーは、電源リレーと同様に、ＭＯＳＦＥＴである。また、逆接保護リレーは、寄生ダイオードの向きが電源リレーとは反対向きとなるように接続されている。
逆接保護リレーは、バッテリが逆向きに接続された場合に、インバータから電源リレーへの逆向きの電流を遮断する。これにより、逆接保護リレーは、モータ制御装置を保護する。

チョークコイルは、１つのコアに１本の導線を巻いた構造であり、バッテリと電源リレーとの間に設けられる。チョークコイルは、電流が流れたとき、磁束を発生する。発生した磁束により、チョークコイルは、インダクタとして働き、ノイズを抑制可能である。

（ｖ）第１昇圧電圧Ｖｂ＿Ｂ１および第２昇圧電圧Ｖｂ＿Ｂ２が電源電圧Ｖｂの３倍以上となるように、第１昇圧部６１および第２昇圧部６２を設定してもよい。この場合、第１昇圧部および第２昇圧部は、電源電圧Ｖｂの倍数に応じて、設けられるダイオード、コンデンサおよびスイッチング素子の数が増加する。

図７に示すように、第１昇圧電圧Ｖｂ＿Ｂ１が電源電圧Ｖｂの３倍となるように、第１昇圧部１６１は、コンデンサ６１３とコンデンサ６１４との間に、ダイオード６１７、コンデンサ６１８およびスイッチング素子６１９、６２０をさらに有する。
一実施形態と同様に、コンデンサ６１３に係る電圧をＶｃとする。一実施形態と同様に、Ｖｃは、関係式（１）のように表される。コンデンサ６１３に充電される。

コンデンサ６１８に係る電圧Ｖｃ＿ａｄとする。
コンデンサ６１３に充電後、スイッチング素子６１５がオン、スイッチング素子６１６がオフ、スイッチング素子６１９がオフ、スイッチング素子６２０がオンのとき、Ｖｃ＿ａｄは、以下関係式（６）のように表される。コンデンサ６１８に充電される。
Ｖｃ＿ａｄ＝Ｖｂ＋Ｖｃ−Ｖｆ
＝２Ｖｂ−２Ｖｆ ・・・（６）

コンデンサ６１８に充電後、スイッチング素子６１９がオン、スイッチング素子６２０がオフのとき、第１昇圧電圧Ｖｂ＿Ｂ１は、以下関係式（７）のように表される。このように、スイッチング素子６１５、６１６、６１９、６２０は、昇圧できるように駆動する。例えば、スイッチング素子６１５とスイッチング素子６２０とが同期して駆動し、スイッチング素子６１６とスイッチング素子６１９とが同期して駆動することで、短時間で昇圧できる。なお、コンデンサ６１４およびコンデンサ６２４は、電源電圧Ｖｂの倍数に応じて、電荷が調整される。
Ｖｂ＿Ｂ１＝Ｖｂ＋Ｖｃ＿ａｄ−Ｖｆ
＝３Ｖｂ−３Ｖｆ ・・・（７）

図８に示すように、第２昇圧電圧Ｖｂ＿Ｂ２が電源電圧Ｖｂの３倍となるように、第２昇圧部１６２は、コンデンサ６２３とコンデンサ６２４との間に、ダイオード６２７、コンデンサ６２８およびスイッチング素子６２９、６３０をさらに有する。
上記の第１昇圧部１６１と同様に、第２昇圧部１６２は駆動する。第２昇圧電圧Ｖｂ＿Ｂ２を電源電圧Ｖｂの３倍にする。

（ｖｉ）バッテリと制御部との間に、電圧コンバータを設けてもよい。
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

１１ ・・・インバータ、
１１１、１１２、１１３ ・・・高電位スイッチング素子、
１１４、１１５、１１６ ・・・低電位スイッチング素子
５１ ・・・第１駆動部、
５２ ・・・第２駆動部、
６１ ・・・第１昇圧部、
６２ ・・・第２昇圧部、
８０ ・・・モータ。

Claims (8)

1. 電力により回転するモータ（８０）を制御する制御装置であって、
   高電位ライン（Ｌｈ）に接続される複数の高電位スイッチング素子（１１１、１１２、１１３）および低電位ライン（Ｌｌ）に接続される複数の低電位スイッチング素子（１１４、１１５、１１６）を有し、電源からの電力を前記モータに供給するインバータ（１１）と、
   前記高電位スイッチング素子の作動を制御可能な第１駆動部（５１）と、
   前記第１駆動部に接続されており、前記電源の電圧（Ｖｂ）を昇圧し、昇圧した電圧（Ｖｂ＿Ｂ１）を前記第１駆動部に出力する第１昇圧部（６１、１６１）と、
   前記低電位スイッチング素子の作動を制御可能な第２駆動部（５２）と、
   前記第２駆動部に接続されており、前記電源の電圧（Ｖｂ）を昇圧し、昇圧した電圧（Ｖｂ＿Ｂ２）を前記第２駆動部に出力する第２昇圧部（６２、１６２）と、
   前記電源の電圧を検出可能な電源電圧検出部（１０）と、
   を備え、
   前記第１昇圧部は、前記電源の電圧によらず昇圧し、
   前記第２昇圧部は、前記電源の電圧が電源電圧閾値（Ｖｂ＿ｔｈ）以上のとき、昇圧を行わず、前記電源の電圧が前記電源電圧閾値よりも小さいとき、前記電源の電圧を昇圧する制御装置。
2. 前記第１昇圧部が昇圧した電圧は、前記第２昇圧部が昇圧した電圧よりも大きい請求項１に記載の制御装置。
3. 前記第２駆動部と前記低電位スイッチング素子との間に印加される電圧であるゲート電圧（Ｖｇ）を検出可能なゲート電圧検出部（６３）をさらに備え、
   前記第２駆動部は、前記ゲート電圧に基づいて、フィードバック制御を行う請求項１または２に記載の制御装置。
4. 前記第２駆動部は、
   前記ゲート電圧が下限値（Ｖｇ＿ｍｉｎ）よりも小さいとき、前記ゲート電圧を大きくし、前記ゲート電圧が上限値（Ｖｇ＿ｍａｘ）よりも大きいとき、前記ゲート電圧を小さくする請求項３に記載の制御装置。
5. 前記第１駆動部または前記第２駆動部の異常を判定する異常判定部（６６）をさらに備え、
   前記第１駆動部が異常であると前記異常判定部が判定したとき、前記第１駆動部は、前記高電位スイッチング素子の制御を停止し、
   前記第２駆動部が異常であると前記異常判定部が判定したとき、前記第２駆動部は、前記低電位スイッチング素子の制御を停止する請求項１から４のいずれか一項に記載の制御装置。
6. 前記第１昇圧部および前記第２昇圧部は、１つの基板（１７）上で一体となって設けられている請求項１から５のいずれか一項に記載の制御装置。
7. 前記高電位スイッチング素子または前記低電位スイッチング素子の温度を素子温度（Ｔｓ）とすると、
   前記素子温度を推定可能な温度推定部（３８）と、
   前記素子温度に基づいて、前記モータに流れる電流を制限するモータ電流制限部（３９）と、
   をさらに備える請求項１から６のいずれか一項に記載の制御装置。
8. 運転者による操舵を補助する補助トルクを出力するモータ（８０）と、
   請求項１から７のいずれか一項に記載の制御装置（１）と、
   を備える電動パワーステアリング装置。

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